基于和利时LK系列PLC的石灰窑配料控制系统

1 引言

    石灰是一种重要个工业原料。随着现代工业的发展，石灰生产的自动化水平越来越高。本文基于和利时LK系列PLC开发出石灰窑配料控制系统。和利时LK系列PLC不仅能实现复杂的逻辑控制、顺序控制和定时控制，而且还具有抗干扰能力强、可靠性高、体积小、编程简单、开放性好等特点。上位监控系统采用和利时HollyView组态软件开发。通过本系统的应用，大大提高了石灰窑配料控制过程的稳定性和可靠性，从而保证系统运营的经济性、合理性和高效性。

2 石灰窑配料工艺介绍

石灰窑配料系统的工艺主要包括配料计量和上料过程。

（1）配料计量过程

根据称量要求，控制每次石灰石给料器出料至计量槽的时间，从而控制进入计量槽的石灰石量。然后根据石灰石和焦炭的配比要求，控制每次焦炭给料器出料至计量槽的时间，从而控制进入计量槽的焦炭量。这样完成一次称量过程。最终完成规定的每次烧制需要进行的称量次数。

（2）上料过程

每次计量完成后，控制卷扬机及附件运动，把石灰石和焦炭的混合料运至窑顶。石灰窑上钟帽打开后，混合料通过窑顶布料器进入石灰窑进行煅烧。

石灰窑配料系统的控制程序包括小车上料、配料、称重、布料、出灰、风量等控制部分，以及电机电流、温度、压力、流量等模拟量的显示报警。其中配料称重和上料控制是本系统的控制难点和重点。供料系统示意图如图1所示，消化系统示意图如图2所示。供料系统和消化系统的每条线都可以联锁或者独立进行操作。当联锁时，每个设备顺序启停，系统开车画面示意图如图3所示。


图1  供料系统示意图

图2  消化系统示意图[page]

图3  系统开车画面示意图

3    石灰窑配料控制系统设计

      石灰窑配料控制系统以和利时公司LK系列PLC为控制核心，包括执行机构、声控报警、仪表系统等部分，主要控制提升机、分级机、皮带机、破碎机、下料器、螺旋、阀门等元件。在中央控制室设置操作员站和工程师站，并联网至总控室，以便对全厂进行系统监控与管理。石灰窑配料控制系统的结构示意图如图4所示。


图4  石灰窑配料控制系统的结构示意图

      石灰窑配料控制系统分为操作员站和工程师站，并通过以太网连接。操作员站的置与工程师站相同，只是部分功能受限。上位机画面模拟现场的立体化动态工艺流程，可以根据需要对阀门、皮带秤、物料、用水等进行设定，并显示温度、流量、电流、控制元件状态等信息。液位采用比例棒图及字符数据，并辅以直观的立体图的形式显示各仓实际液位。阀门及泵的控制也是根据实际进行操作，并有相互连锁关系。每个仓的信息每10毫秒内采样一次，并实时显示各种信息。在系统中分别设置各种报警，使工作人员能够方便快捷地查询各种信息。

      石灰窑配料控制系统的PLC硬件配置清单如表1所示。上位机操作系统采用和利时公司的HollyView进行开发，实现对PLC控制站的监视与控制。为了保证系统的可靠性，本系统采用两台PC机互为备份，并实现数据库同步，确保监控系统的不间断运行。

表1  PLC硬件清单

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4     石灰窑配料控制系统的特点

基于LK系列PLC的石灰窑配料系统具有如下特点：

ì  稳定性和可靠性高

系统采用和利时公司LK系列PLC。LK系列PLC主要针对中大型或对可靠性要求高的控制系统，产品设计借鉴了和利时公司DCS产品的成功经验，在恶劣的工作环境下仍然可以保证长时间可靠的工作。LK系列PLC还通过了UL和CE两大国际认证。

ì  运算速度快

LK系列PLC运算速度高达0.013us，逻辑控制容量大，支持SD卡程序下装，支持LD、ST等多种语言混合编程。LK编程软件中带有增量PID功能块，通过配置参数就可以很方便的实现PID运算功能。

ì  数据采集精度高

PLC实时采集高精度的模拟信号，采样周期只有10ms。再通过以太网传送至上位机。

ì  输出联锁控制

通过PID调节，控制变频器的频率和用水阀门的开度设定，联锁控制个阀门、泵、电机，实时显示输出状态。

ì  数据处理及计算能力强

模拟量输入信号通过A/D转换，实现超限检查、最大最小值的计算、流量及累计流量计算等功能。

ì  画面显示功能强

画面显示整个工艺流程及控制控制环节，包括各种采信号的趋势图、棒图、数据表格等。工程师站和操作员站画面相同，只是部分功能操作员站受限。显示内容包括开关状态、泵的运行停止及故障状态，动态显示测量值。

ì  具有历史数据查询和报表功能

通过上位机可以方便的查询和统计历史数据，并可以保存历史数据。根据历史数据，可以预测相关量的趋势曲线。根据用户的需要，可以提供报表。

ì  具有多级管理系统

根据需求可以进行分级管理，操作员站、工程师站和总控室均可通过以太网进行连接。可以进行详细的操作记录，使管理更加科学和有效。

5      结束语

      基于和利时LK系列PLC的石灰窑配料控制系统已经投入实际运行，性能稳定可靠，较好地满足了控制过程中的控制与管理相结合的要求，降低了石灰工段上料人员的劳动强度，避免了由于操作人员操作失误而造成的事故。系统在自动化程度、安全可靠性和网络互联性等方面达到了先进水平。

参考文献

[ 1 ]    PowerPro 4.3.1B用户手册。

[ 2 ]    王永华，现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社。

[ 3 ]    孙叔平，刘广峰，吴幼华，工业自动化仪表与系统手册[M].中国电力出版社。

[ 4 ]    顾战松.可编程控制器原理与应用[M].国防工业出版社。

作者简介：孙峰，毕业于山东轻工业学院自动化专业，现任北京和利时自动化驱动技术有限公司区域技术支持。